Simulacion de edificio en sap2000

UNIVERSIDAD LAICA ELOY ALFARO DE MANABI
FACULTAD DE INGENIERÍA
Carrera: Ingeniería Civil Asignatura: DISEÑO SISMORESISTENTE
Docente: Ing. Darío Páez Cornejo MGS Período: 2017 – 2018 (1)
TITULO:
Modelación de una estructura con mampostería y sin mampostería en SAP2000
NOMBRE Y APELLIDOS:
Miguel Ángel Balcázar Balcázar
FECHA ENTREGA:
24 DE Marzo Del 2017
ORIENTACION DEL INFORME:
 TEMA: Modelación de una estructura con mampostería y sin mampostería en
SAP2000
 ASPECTOS A TRATAR:
A partir de la simulación de un edificio con mampostería y sin mampostería en el
programa estructural SAP2000:
1. Describir los pasos para el modelado de un edificio con y sin mampostería en
SAP2000
2. Analizar los resultados obtenidos de cada uno de los modelados
3. Describir y comparar los resultados obtenidos de las dos modelaciones y con
criterios técnicos identificar las diferencia entre estos 2
4. Realizar un análisis dinámico no lineal que proporcione resultados del
comportamiento estructural del edificio ante solicitaciones de empujes laterales
 CONSIDERACIONES ADICIONALES:
1. Para la realización del informe se toma en consideración las resultados más
relevantes para una análisis dinámico no lineal, se tomó en consideración,
distribución del cortante basal en piso, curva desplazamiento corte basal, la
curva equivalente del espectro según el FEMA440, las modificación de los
desplazamientos según el FEMA440, Grafico de las rotulas plásticas tanto en
columnas como en vigas, diagramas de fuerzas que se producen tanto en vigas
como en columnas, respuesta y desplazamiento en historia tiempo de elementos
estructurales.

INTRODUCCION
En nuestro país Ecuador es muy frecuente el uso de la mampostería en todo tipo de
construcción de uso ocupacional, tanto en viviendas, escuelas, edificios de uso estatal,
o de uso empresarial, etc. De este punto nace la importancia y el concepto que la
mampostería tenga un buen desempeño estructural conjuntamente con el resto de
elementos estructurales, con un costo adecuado para el fin de ocupación de la
estructura. Para ellos es importante analizar el comportamiento de la mampostería en
conjunto con todos los elementos estructurales que conforman una edificación,que nos
permita determinar un comportamiento real, anta eventos sísmicos.
El uso de herramientas de programación como SAP2000, nos permite determinar con
mayor facilidad un análisis sísmico, siempre y cuando se manejen conceptos básicos de
diseño sismo resistente y de hormigón armado, SAP2000 es una herramienta muy
utilizada hoy en la actualidad para determinar el comportamiento estructural de
edificios ante eventos sísmicos determinados. Para la determinación de análisis
dinámico no lineal, el SAP2000 proporciona herramientas muy útiles para determinar
datos mucho más reales y simula comportamientos estructurales mitigados a la
realidad, determinando el desempeño y rendimiento de la estructura ante solicitaciones
de empujes verticales producidas por cargas sísmicas odeviento, elmodelo incorporado
en un análisis dinámico no lineal es un modelo que incorpora directamente una
respuesta inelástica del material, revisando los resultados producido por las fuerzas
internas y las deformaciones que este presenta.
Es por ello que se usó SAP2000 para la modelación de una estructura con y sin
mampostería, con la finalidad de obtener los diferentes comportamiento y ver los
cambios considerables que se tiene cuando se emplea la mampostería, no como cargar
uniforme repartidas, sino como un elemento más que forma parte de la estructura,
influyendo en los procesos de análisis y diseño estructural. A pesar de que el
comportamiento de la estructura compuesta de concreto y mampostería ha sido
estudiado por muchos años, este sistema ha tenido algunas dificultades para ser
modelado analíticamente a causade: (1)carencia del conocimiento de la modelación de
la estructura compuesta pórtico – mampostería no reforzada, debido a la ausencia de
resultados experimentales de los materiales y técnicas de construcción comunes en
nuestro medio, (2) complejidad de cálculo, debido a las incertidumbres estructurales
asociadas a las características mecánicas del frágil material de relleno y las condiciones
de contacto, las cuales cambian a lo largo de su interface con el concreto, constituyendo
fuentes adicionales de dificultad de modelación
Dotando a la mampostería de propiedades mecánicas como su peso volumétrico,
módulo de elasticidad, módulo de corte, etc. Estas características influyen directamente

a los resultados obtenidos en el modelado, de ahí la diferencia e importancia del
modelado del edificio con y sin mampostería y sus grandes diferencias.
DESCRIPCION DEL MODELADO
Se realizó el modelado de dos estructura con un sistema aporticado de hormigón
armado, una con mampostería y otra sin mampostería, irregular en planta, regular en
elavacion, cadauna cuenta de 5 pisos,con una altura total de 15m, con 6 ejes en sentido
¨X¨, con una longitud de 23.5m y cuatro ejes en sentido ¨Y¨ con longitud de 17m,
perfectamente empotrada en sus apoyos, se usaron cargas de 2KN/m² por ser de
ocupación vivienda, se tomó en considera una carga de techo de 1KN/m², una carga
por acabados de piso de 2,5KN/m², todas las cargas se las considero del NEC-SE-CG-
2015. Se consideraron columnas de 45x45cm en toda la estructura, viga de 30x45, una
losa aligerada de 20cm de espesor, se consideraron paredes de 15cm para el modelado
con mampostería, se usó un diafragma rígido para ambos modelados, en el momento
de inercia axial2-3 seusó 0,8 para columnas y momento de inerciaaxial3 0,5 para vigas.

Imagen. Vistade los modelos analizados y diseñados con el prpgrama SAP2000 1)Edificio con
mamposteria, 2)Edificio sin mamposteria
Se determinaron las propiedades de los materiales con el NEC2015 se usó un hormigón
de 210 Kg/cm² f´c, un acero de 4200 Kg/cm² fy, para las vigas, las columnas y la losa
aligerada, modulo de elasticidad del hormigón se lo determino con 15000*√ 𝟐𝟏𝟎
Kg/cm², el módulo de elasticidad de acero se usó el que dicta la NEC2015 20000Mpa-
2039432.43 Kg/cm², para determinar las características de la mampostería en el
modelaje de la estructura con mampostería se usó el NEC-SE-MP-2015, el ACI518 y se
determinó lo siguiente:
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Tabla1. Características de la mampostería empleada en el modelaje
Donde:
 F´m= Resistencia a la compresión de la mampostería según ACI518
 Em= Modulo de elasticidad de la mampostería según NEC-SE-MP-2015
 Gc= Modulo de corte según NEC-SE-MP-2015
En ambos modelajes se realizaron análisis para cargas de Peso Propio, Cm, Sobrecarga,
Techo, Sismo en ¨X¨, para el coeficiente sísmico se dé terminito un suelo tipo C, con una
zona sísmica Z de 0,50, dando un coeficiente sísmico de 0,155 que actuara en el peso de
las masas de la estructura para determinar el cortante basal y distribuirlo por piso.
Imagen. Cargas empleadas en el modelado
En los dos modelajes se determinó una CGNL (Cargas Gravitacionales no Lineales), que
eso el resultados de las cargas que actúan en la estructura, para esto se determinó una
masa en la que actúa 1CM+0,25CV, se determinó un ADNL (Análisis Dinámico No lineal),
donde actúan las CGNLy donde actuaran los empujes laterales producidas por las cargas
sísmicas en sentido ¨X¨, tomando en cuenta un monitoreo de los desplazamientos no
mayor a 5cm donde se producen múltiples estados para identificar los diferentes
comportamiento ante solicitaciones sísmicas, se empleó un patrón de carga lineal y no
lineal de HT (Historia-Tiempo).
2,00 Mpa
20,39 Kg/cm2
1800,00 Mpa
18354,89 Kg/cm2
720,00 Mpa
7341,96
F´m=
Em=
Gc=

Imagen. Patrón de cargas empleada en el modelado
Para el modelado seusó el espectro de aceleración dado por elNEC 2015 para el análisis
modal espectral, los mismo se le introdujeron en la simulación del programa SAP 2000.
Imagen. Espectro de aceleración empleada en la modelación
El modelaje de ambos estructuras se realizaron rotulas plásticas según el FEMA356
para P-M2-M3 en columnas para el patrón de carga ADNL, donde actúan como empuje
lateral en las columnas y para M3 en vigas para el patrón de carga de CGNL, donde
actúan como cargas en las vigas.

Imagen. Aplicación de rotulas plasticas en elmentos estructurales según FEMA356 1)Produccion de
rotulas plasticas en Columnas, 2)Produccion de rotulas plasticas en Vigas
FEMA440
En el FEMA 440 describe, para el análisis Pushover o de Empuje Lateral cada uno de los
criterios para cuando se presenten daños estructurales debido a la ocurrencia de un
sismo, el uso del análisis no lineal, estima las respuestas de los sistemas estructurales,
siempre y cuando sean razonables, ya que se puede contar con un control inmediato del
comportamiento estructural de edificios ante diferentes intensidades sísmicas, esto nos
permite conocer la magnitud de deformación y distorsión de los diferentes elementos
estructurales.
RESULTADOS Y ANALISIS
El peso total de los elementos estructurales es mayor en el modelado con mampostería,
por ende el cortante basal dinámico y estático aumenta considerablemente, es el
resultado de multiplica el coeficiente sísmico, obtenido por el especificaciones sísmicas
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del lugar establecidas en el NEC2015, esto multiplicado por el peso de las masas de la
estructura, da como resultado el cortante basal.
IMAGEN. Cortante basal edificio, a)Edificio con mamposteria, b)Edificio sin mamposteria
La Distribución del cortante basal por piso es mayor en el modelado con mampostería,
ya que el cortante basal resulto ser mayor en este modelado, la distribución de las
fuerzas en sentido ¨X¨ aumentaran proporcionalmente en los pisos como un empuje
lateral, efecto de las fuerzas sísmicas que actúan en la estructura.
IMAGEN. Distribucionde cortante basal en eje ¨X¨ a)Edificio con mamposteria, b)Edificio sin mamposteria
La formación de rotulas plásticas según el FEMA356, son más considerables en el
modelado sin mampostería, se llegó a determinar que la mampostería aporta rigidez en el
modelado con mampostería, pero influye en la determinación de las masas del modelado,
aumenta el peso del este modelado, la mayor cantidad de rotulas plásticas en el modelo
a
b
a
b

sin mampostería nos da a concluir que este sufre mayores desplazamientos y con esto
sufre mayores daño estructurales.
IMAGEN. Produccionde rotulas plasticaspor empujeslaterales en sentido ¨X¨ ADNL (PUSHOVER), 1)Edificio con
mamposteria, 2)Edificio sin mamposteria
La curva de desplazamiento-Corte basal nos indica la capacidad de la resistencia del
model ante deformaciones bajo distribucion esperada de fuerzas inerciales, vemos que
el modelado con mamposteria tiene una mayor capacidad de resistencia ante
deformaciones ante solicitaciones de cargas laterales.
Mediante un ADNL (Pushover) podemos identificar secuencias de agretamiento y fallo
de los componentes, los estados limites de servicio de la estructura y la historia de
deformacion y cortante en la estructura, corespondiente a la curva de capacidad.
IMAGEN. CURVA DESPLAZAMIENTO-CORTE BASAL ADNL, 1)Edificiocon mamposteria, 2)Edificio sin mamposteria
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IMAGEN. Linea equivalente según FEMA 440 ADNL, 1)Edificio con mamposteria, 2)Edificio sin mamposteria
IMAGEN. Modificacion de desplazamientos SEGÚNEL FEMA 440 ADNL, 1)Edificio con mamposteria, 2)Edificio sin
mamposteria
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IMAGEN. Rotulas plasticas en columnas ADNL, 1)Edificio con mamposteria, 2)Edificio sin mamposteria
IMAGEN. Rotulas plasticas en vigas ADNL, 1)Edificio con mamposteria, 2)Edificio sin mamposteria
IMAGEN. Diagramas de fuerzas y momentos CGNL, en elemento 489(VIG.30X4), 1)Edificio con mamposteria,
2)Edificio sin mamposteria
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IMAGEN. Diagrama de fuerzas cgnl, Elemento 330(COL.45X45), 1)Edificio con mamposteria, 2)Edificio sin
mamposteria
IMAGEN. Respuesta del espectro, 1)Edificio con mamposteria, 2)Edificio sin mamposteria
IMAGEN. Desplazamiento en el tiempo HT, 1)Edificio con mamposteria, 2)Edificio sin mamposteria
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CONCLUSIONES
El edificio modelado con mamposteria, presenta los mayores valores de cortante basal
estático y dinámico, esto se debe a que mamposteria aporta en el peso toda la
estructura, deduciendo que la mamposteria influye en el comportamiento sismico y es
resistente ante fuerzas laterales que se aplican en la estructura.
El edificio modelado sin mamposteria presenta derivas máximas mayores que el edificio
modelado con mamposteria lo que lo hacemenos rígido y alavez mas suceptible adaño,
concluyendo que la maposteria aporta rigidez a la estructura y con esto se hace mas
resistente ante desplazamientos producidos por efecto de las fuerzas sismicas
En la comparación entre los dos edificios se concluye que la mayor excentricidad sucede
en el edificio sin mamposteria, esto va a producir que haya una mayor torsión en el
edificio sin mamposteria en el momento de un sismo
Se producen mayor cantidad de rotulas plasticas en el modelado sin mamposteria y
estas son mas severas en comparacion a las rotulas plasticas producidas en el modelado
sin mamposteria, es por eso que la mamposteria influye en la resistencia ante
desplazamientos y por ende tendra una mayor capacidad de resistencia ante esfuerzos.
El modelado sin mamposteria tendra moyores desplazamiento en el tiempo en
consideracion con el modelado con mamposteria en donde los desplazamientos con
respecto al tiempo se reducen, se obtiene un mayor espectro de aceleracion con
respecto a su periodo en el ,modelado con mamposteria.
El empleo del analisi y iseño de las estructuras con mamposteria ha sido considerar a la
mamposteria como pared delgada para el modelado en SAP2000, por ende se considera
como un elemento no estructural, estableciendo en este articulo que la mamposteria
puede alterar significativamnet la resistencia, rigidez, ductilidad, la capacidad de la
resistencia- deformacion de este modelado de una estructura simple, debido a la
interaccion Estructura-mamposteria. Los cambios producidos favorecen el
comportamiento inelastico de la estructura simple ante efectos producidos por sismos,
pues es el daño y los desplazamientos se desminuyen, sisn embargo se considera que
para una demanda sismica elevada cercana al punto de capacidad ultima puede llevar
un colapso prematuro de la estructura, debido a las fallas locales que se producen en
los elementos estructurales como las vigas o las columnas, o puede que debido al
cambio de ls propiedades dinamicas se produsca este efecto.

RECOMENDACIONES

BIBLIOGRAFIA
 NEC-15, NEC-SE-CG, Norma Ecuatoriana de la Construcción – Seguridad
Estructural- Cargas (no sísmicas), Norma Ecuatoriana de la Construcción,
diciembre 2014.
 NEC-15, NEC-SE-DS, Norma Ecuatoriana de la Construcción – Seguridad
Estructural- Diseño Sismo resistente, Norma Ecuatoriana de la Construcción,
diciembre 2014.
 NEC-15, NEC-SE-HM, Norma Ecuatoriana de la Construcción – Seguridad
Estructural- Estructuras de Hormigón Armado, Norma Ecuatoriana de la
Construcción, diciembre 2014.
 NEC-15, NEC-SE-MP, Norma Ecuatoriana de la Construcción– Seguridad
Estructural- Mamposteria Estructural, diciembre 2014.

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